Novidades - Guía completa de máquinas CMM e medición

Que é unha máquina CMM?

Imaxina unha máquina de estilo CNC capaz de realizar medicións extremadamente precisas dun xeito altamente automatizado. Iso é o que fan as máquinas CMM!

CMM significa “Máquina de Medición por Coordenadas”. Son quizais os mellores dispositivos de medición 3D en termos da súa combinación de flexibilidade xeral, precisión e velocidade.

Aplicacións das máquinas de medición por coordenadas

As máquinas de medición por coordenadas son valiosas sempre que se precise realizar medicións precisas. E canto máis complexas ou numerosas sexan as medicións, máis vantaxoso será usar unha CMM.

Normalmente, as CMM úsanse para a inspección e o control de calidade. É dicir, utilízanse para verificar que a peza cumpre os requisitos e as especificacións do deseñador.

Tamén poden empregarse paraenxeñería inversapezas existentes facendo medicións precisas das súas características.

Quen inventou as máquinas CMM?

As primeiras máquinas CMM foron desenvolvidas pola empresa escocesa Ferranti na década de 1950. Eran necesarias para a medición de precisión de pezas nas industrias aeroespacial e de defensa. As primeiras máquinas só tiñan 2 eixes de movemento. As máquinas de 3 eixes foron introducidas na década de 1960 pola DEA de Italia. O control por ordenador chegou a principios da década de 1970 e foi introducido por Sheffield, nos Estados Unidos.

Tipos de máquinas CMM

Hai cinco tipos de máquinas de medición por coordenadas:

CMM tipo ponte: Neste deseño, o máis común, o cabezal da CMM apóiase sobre unha ponte. Un lado da ponte apóiase sobre un carril na bancada e o outro apóiase sobre un colchón de aire ou outro método na bancada sen carril guía.
CMM en voladizo: O voladizo soporta a ponte nun só lado.
CMM de pórtico: A pórtico usa un carril guía en ambos os dous lados, como unha fresadora CNC. Estas adoitan ser as CMM máis grandes, polo que precisan soporte adicional.
CMM de brazo horizontal: imaxina unha en voladizo, pero con toda a ponte movéndose cara arriba e cara abaixo do único brazo en lugar de sobre o seu propio eixo. Estas son as CMM menos precisas, pero poden medir compoñentes grandes e delgados como carrozarías de automóbiles.
CMM de tipo brazo portátil: estas máquinas usan brazos articulados e normalmente colócanse manualmente. En lugar de medir XYZ directamente, calculan as coordenadas a partir da posición rotatoria de cada articulación e da lonxitude coñecida entre as articulacións.

Cada un ten vantaxes e desvantaxes dependendo dos tipos de medicións que se vaian realizar. Estes tipos refírense á estrutura da máquina que se emprega para posicionalasondaen relación coa peza que se está a medir.

Aquí tes unha táboa práctica para axudarche a comprender as vantaxes e as desvantaxes:

Tipo de CMM	Precisión	Flexibilidade	Mellor usado para medir
Ponte	Alto	Medio	Compoñentes de tamaño medio que requiren alta precisión
Voladizo	Máis alto	Baixo	Compoñentes máis pequenos que requiren unha precisión moi alta
Brazo horizontal	Baixo	Alto	Compoñentes grandes que requiren baixa precisión
Pórtico	Alto	Medio	Compoñentes grandes que requiren alta precisión
Tipo de brazo portátil	Máis baixo	Máis alto	Cando a portabilidade é absolutamente o criterio máis importante.

As sondas normalmente colócanse en 3 dimensións: X, Y e Z. Non obstante, as máquinas máis sofisticadas tamén poden permitir cambiar o ángulo das sondas, o que permite medir en lugares aos que a sonda non podería chegar doutro xeito. As mesas rotatorias tamén se poden usar para mellorar a accesibilidade de varias características.

As CMM adoitan estar feitas de granito e aluminio e usan rodamentos de aire.

A sonda é o sensor que determina onde se atopa a superficie da peza cando se realiza unha medición.

Os tipos de sonda inclúen:

Mecánico
Óptico
Láser
Luz branca

As máquinas de medición por coordenadas utilízanse de tres xeitos xerais:

Departamentos de control de calidade: normalmente mantéñense en salas limpas con climatización para maximizar a súa precisión.
Planta de produción: Aquí as CMM están entre as máquinas CNC para facilitar a realización de inspeccións como parte dunha célula de fabricación cun desprazamento mínimo entre a CMM e a máquina onde se mecanizan as pezas. Isto permite realizar medicións antes e potencialmente con máis frecuencia, o que supón aforros, xa que os erros se identifican antes.
Portátiles: As CMM portátiles son fáciles de mover. Pódense usar nun taller ou mesmo levar a un lugar remoto das instalacións de fabricación para medir pezas no campo.

Que precisión teñen as máquinas CMM (precisión CMM)?

A precisión das máquinas de medición por coordenadas varía. Xeralmente, buscan unha precisión micrométrica ou superior. Pero non é tan doado. Por unha banda, o erro pode ser función do tamaño, polo que o erro de medición dunha CMM pódese especificar como unha fórmula curta que inclúe a lonxitude da medición como variable.

Por exemplo, a CMM Global Classic de Hexagon está catalogada como unha CMM polivalente accesible e especifica a súa precisión como:

1,0 + L/300 µm

Esas medidas están en micras e L especifícase en mm. Entón, supoñamos que estamos a tentar medir a lonxitude dunha entidade de 10 mm. A fórmula sería 1,0 + 10/300 = 1,0 + 1/30 ou 1,03 micras.

Unha micra é unha milésima de mm, que son aproximadamente 0,00003937 polgadas. Polo tanto, o erro ao medir a nosa lonxitude de 10 mm é de 0,00103 mm ou 0,00004055 polgadas. Iso é menos de media décima... ¡un erro bastante pequeno!

Doutra banda, deberíamos ter unha precisión 10 veces maior do que estamos a tentar medir. Iso significa que só podemos confiar nesta medición ata 10 veces ese valor, ou 0,00005 polgadas. Segue a ser un erro bastante pequeno.

As cousas complícanse aínda máis para as medicións CMM na planta de produción. Se a CMM está aloxada nun laboratorio de inspección con temperatura controlada, axuda moito. Pero na planta de produción, as temperaturas poden variar bastante. Hai varias maneiras de que unha CMM poida compensar a variación da temperatura, pero ningunha é perfecta.

Os fabricantes de CMM adoitan especificar a precisión dunha banda de temperatura e, segundo a norma ISO 10360-2 para a precisión das CMM, unha banda típica é de 18 a 22 °C (64-72 °F). Iso é estupendo a non ser que a temperatura no taller sexa de 86 °F no verán. Entón non tes unha boa especificación para o erro.

Algúns fabricantes daránche un conxunto de chanzos ou bandas de temperatura con diferentes especificacións de precisión. Pero que ocorre se estás en máis dun rango para a mesma serie de pezas en diferentes horas do día ou diferentes días da semana?

Comeza a ter que crear un orzamento de incerteza que teña en conta os peores casos. Se eses peores casos resultan en tolerancias inaceptables para as pezas, son necesarios máis cambios no proceso:

Podes limitar o uso de CMM a certas horas do día cando as temperaturas se atopen en rangos máis favorables.
Podes optar por mecanizar só pezas ou características de menor tolerancia a determinadas horas do día.
As mellores CMM poden ter mellores especificacións para os teus rangos de temperatura. Poden valer a pena aínda que poidan ser moito máis caras.

Por suposto, estas medidas causarán estragos na túa capacidade para programar os teus traballos con precisión. De súpeto, estás a pensar que un mellor control do clima na planta de produción podería ser un investimento que paga a pena.

Podes ver como todo isto das medicións se volve bastante complicado.

O outro ingrediente que vai da man é como se especifican as tolerancias que debe comprobar a CMM. O estándar de referencia é a Dimensionamento e Tolerancia Xeométrica (GD&T). Consulta o noso curso introdutorio sobre GD&T para obter máis información.

Software CMM

As CMM executan varios tipos de software. O estándar chámase DMIS, que significa Estándar de Interface de Medición Dimensional (Dimensional Measurement Interface Standard). Aínda que non é a principal interface de software para todos os fabricantes de CMM, a maioría deles polo menos a admiten.

Os fabricantes crearon as súas propias versións únicas para engadir tarefas de medición que non son compatibles con DMIS.

DMIS

Como se mencionou, DMIS é o estándar, pero do mesmo xeito que o código G de CNC, existen moitos dialectos, incluíndo:

PC-DMIS: versión de Hexagon
OpenDMIS
TouchDMIS: Perceptrón

MCOSMOS

MCOSTMOS é o software CMM de Nikon.

Calipso

Calypso é un software CMM de Zeiss.

Software CMM e CAD/CAM

Como se relaciona o software e a programación CMM co software CAD/CAM?

Hai moitos formatos de ficheiro CAD diferentes, así que comproba con cales é compatible o teu software CMM. A integración definitiva chámase Definición baseada en modelos (MBD). Con MBD, o propio modelo pódese usar para extraer dimensións para a CMM.

MDB é bastante vangarda, polo que aínda non se usa na maioría dos casos.

Sondas, accesorios e fixacións para CMM

Sondas CMM

Hai dispoñibles unha variedade de tipos e formas de sondas para facilitar moitas aplicacións diferentes.

Accesorios CMM

Os accesorios aforran tempo ao cargar e descargar pezas nunha CMM, igual que nunha máquina CNC. Incluso podes obter CMM que teñan cargadores automáticos de palés para maximizar o rendemento.